[实用新型]一种含超级结的3C-SiC外延结构

说明书

本实用新型公开了一种含超级结的3C‑SiC外延结构，所述含超级结的3C‑SiC外延结构由下之上依次包括衬底、含超级结结构的N型外延层、3C‑SiC外延层；本实用新型通过在3C‑SiC外延层之下插入了含超级结结构的N型外延层，补偿了3C‑SiC器件耐压低的劣势。

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，具体涉及一种含超级结的3C-SiC外延结构。

背景技术

SiC作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表，具有宽禁带宽度、高临界击穿场强、高热导率及高载流子饱和速率等特性。上述材料优势使得SiC功率半导体器件在新能源汽车、轨道交通、光伏、智能电网等中高耐压等级应用领域具有广阔的发展前景。

SiC的一个显著特点是具有多种同质异型体，SiC的晶体结构按对称性可分为三大类型：立方、六方和菱形。4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC、15R-SiC等晶型是 SiC众多同质异晶型结构中常见的几种。在SiC的同质异型体中，3C-SiC是唯一具有闪锌矿结构的半导体，称为β-SiC。而具有六方或菱形结构的同质异晶型，如：4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC，称为α-SiC。

目前4H-SiC器件已经广泛应用于电动汽车领域，然而3C-SiC材料的潜力尚未挖掘。对比3C-SiC和4H-SiC材料特性，3C-SiC饱和电子漂移速度(2.5×10⁷cm/s) 是4H-SiC(2.0×10⁷cm/s)的1.25倍，电子迁移率(1000cm²/V·s)比4H-SiC(947 cm²/V·s)高，热导率(5W/cm·℃)比4H-SiC(4.9W/cm·℃)高，较高的饱和电子漂移速度和迁移率决定了3C-SiC器件具有优良的微波特性，高的热导率有利于器件散热，这使得3C-SiC在高温高频场效应晶体管器件方面具有广泛的应用前景。

但3C-SiC的禁带宽度(2.3eV)比4H-SiC(3.2eV)低0.9eV，临界击穿场强(2.1MV/cm)比4H-SiC(3.2MV/cm)低1.1eV。较低的禁带宽度意味着3C-SiC 在相同的辐照条件下产生更多的电子空穴对，当本征激发所产生的载流子浓度超过掺杂浓度时，会导致半导体器件的失效。较低的临界击穿场强意味着对于击穿电压相同的器件，3C-SiC器件所需的耗尽区宽度更宽，掺杂区的掺杂浓度更低，以阻断高压，从而导致器件的导通电阻大幅度的增加。其中，功率半导体器件的理论阻断电压和比导通电阻之间存在一维极限关系：Ron,sp∝BV^2.3～2.5。而3C-SiC临界击穿场强较低，限制了其在高压领域的应用。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种含超级结的3C-SiC外延结构，通过在3C-SiC外延层之下插入含超级结结构的N型外延层，补偿了3C-SiC器件耐压低的劣势。

并进一步在N型外延层中形成超级结结构之前，在沟槽内续长了本征 4H-SiC缓冲层，以缓解晶格失配，提高晶体质量。

含超级结结构的N型外延层表面上均匀分布光刻图形，以便后续生长缺陷较少的3C-SiC薄膜，抑制界面缺陷向薄膜内传播，获得表面平整的3C-SiC薄膜。

本实用新型采取的技术方案为：

一种含超级结的3C-SiC外延结构，所述含超级结的3C-SiC外延结构由下之上依次包括衬底、含超级结结构的N型外延层、3C-SiC外延层。

进一步地，所述含超级结结构的N型外延层的厚度为5～200μm。所述含超级结结构的N型外延层为含超级结结构的N型4H-SiC外延层。外延层厚度与击穿电压正相关，外延厚度越厚，耐压能力越强。本发明的结构可满足多种范围内的耐压需求。

进一步地，所述含超级结结构的N型外延层中，超级结结构沿N型外延层表面向下纵向布置。